无阀微泵腔内气泡对周期驱动压力的影响

气泡的存在使无阀微泵的工作性能和使用寿命大大降低, 甚至无法正常工作. 为了合理地预测无阀微泵腔内气泡对周期驱动压力的影响, 给出了用来描述收缩管/扩张管型无阀压电微泵的数学模型, 包括泵腔体积变化、连续性方程、流体有效体积弹性模量以及锥管阻力系数的计算. 同时, 分析了腔内不同气泡体积对无阀微泵周期驱动压力的影响, 并对两个气泡进入无阀微泵泵腔时压力脉动过程进行了仿真和试验研究. 通过仿真结果与试验数据的比较表明, 所提出的存在气泡时无阀微泵数学模型及仿真方法是合理的. 关键词： 无阀微泵 气泡 压力脉动     

光学微球腔的壳层结构研究

使用时域有限差分法，对带表面壳层的光学微球腔进行模拟计算，分析了微腔内回音壁模式的能量密度分布，总结了壳层厚度对微球腔谐振性能的影响，并由此探讨对微球腔进行调谐和模式控制的方法.采用这种壳层结构，微球腔的谐振性能得到了有效提高（Q值提高了30％以上，模式体积减小了60％），为光学微球腔后续的结构设计和实际应用提供了一个新的优化思路.     

微穿孔板复合板型声学超材料的低频吸声

针对单层微穿孔板的低频吸声问题提出了微穿孔板复合板型声学超材料结构。将板型声学超材料置入微穿孔板结构的背腔内部实现结构复合。实验结果表明:在相同背腔厚度下,复合结构的吸声性能整体优于单层微穿孔板结构,其中复合结构的吸声曲线从396~892 Hz均大于0.6,在453 Hz处吸声系数达到0.972。利用有限元方法对复合结构进行了仿真,仿真计算的吸声曲线与实验吸声曲线的趋势基本相同,同时发现低频吸声主要由板型声学超材料与声波相互作用贡献。板型声学超材料的吸声峰值的对应频率处,其等效动态质量密度从正变负。在复合结构内部的微穿孔板和板型声学超材料存在相互耦合作用,使得复合结构的第一峰值发生微小偏移。增加板型声学超材料的质量块重量可以使第一吸声峰值向低频移动;保持总背腔厚度不变,增加板型声学超材料的子腔厚度,也可以使第一吸声峰向低频移动。      

用于显示的透射型法布里-珀罗光调制器

提出了一种用于显示的,基于透射型法布里-珀罗干涉的微机电系统(MEMS)光学调制器。基于多光束干涉原理分析了调制器的光学特性,推导出了调制器结构的特征参量。分析表明,当调制器的腔长为cλ/4时,透射光可以实现暗态显示;当调制器的腔长取为零或cλ/2时,透射光可以实现亮态显示。通过控制法布里-珀罗腔长,就可实现调制器的明暗调制。理论上证明了该调制器用于显示的可行性。设计了一种基于微机电系统的透射型法布里-珀罗光学调制器结构,该调制器的理论衬比度达到150。仿真结果表明,该调制器具有2.4 V的低电压静电驱动性能。     

基于磁光效应和金属等离子体调制下的非互易微腔模式光学隔离器

为实现高效的光学隔离器,设计了两边镀金属薄膜带缺陷的一维磁光光子晶体系统,并用修正的特征矩阵法研究了它的传输特性.在磁光光子晶体微腔缺陷模式与金属等离子体产生耦合共振的条件下,该结构呈现单向传输的特征.隔离器的传输性能依赖于光的入射角度、微腔和两侧金属薄膜的厚度;在入射角为45°,微腔和金属薄膜厚度分别为449nm和150nm时光隔离器具有较好的性能.     

平板型光子晶体谐振腔性能分析

介绍了一种平板型光子晶体微谐振腔的结构.利用三维时域有限差分法(FDTD)分析了平板型光子晶体的结构参量及其对谐振腔性能的影响.平板型光子晶体微腔具有较小的模式体积和较大的品质因子(Q),可以有效的使光子局域化.该谐振腔可以用来制造单频发光二极管和零阈值微腔激光发射器.     

速调管双间隙双耦合口输出结构

基于等效电路理论,提出了一种双间隙双耦合口输出结构的设计方法及计算双耦合口输出腔外观品质因数的方法。利用三维电磁场软件,设计了满足阻抗频率特性要求的双间隙单耦合口输出结构及前置腔和输出腔分别具有相同参数的双间隙双耦合口结构。然后,将两者的阻抗频率特性进行比较,通过微调整该输出腔与耦合槽的尺寸,可以得到与单耦合口输出结构一致的阻抗频率特性曲线。     

水下光纤纳秒激光推进的短微腔结构性能研究

针对水下光纤激光推进中存在的冲量耦合系数小、效果发散的问题,提出了用于提升水下光纤激光推进性能的短微腔结构。文中利用Fluent对添加微腔后水下光纤激光推进的结果进行了数值模拟,分析了矩形微腔结构的直径和长度对推进的影响,并在矩形微腔基础上提出U形微腔、双管微腔及含有阻塞结构的微腔。通过仿真得到了不同微腔对推力和冲量耦合系数的增大效果,证明了添加微腔可使水下光纤激光推进的冲量耦合系数得到103数量级的增大,并通过对比得出4种微腔结构中,双管微腔的结构形态对激光推进的性能提升影响最大,提升效果最好。     

微腔有机发光器件中的电致发光光谱

设计了结构为Glass/DBR/ITO/TPD/Alq3/Ag的微腔有机发光器件。从理论上详细地研究了腔内各层结构对器件电致发光谱性能的影响。结果表明:随着腔长厚度的增加,器件的归一化电致发光谱强度不断减小;在可见光区,器件的EL谱随发光层厚度的增加出现振荡变化。空穴传输层和发光层的界面位置对器件电致发光谱的影响也很大。最后得到,在设计微腔时发光层厚度要尽量窄,并且中心发光区域应位于谐振腔中电场的峰值位置。     

微穿孔介电弹性体薄膜的吸声性能试验分析*

针对普通薄膜型降噪结构的吸声性能较差和吸声带宽较窄的问题,本文设计了一种微穿孔的介电弹性体薄膜吸声结构。该结构由穿孔的介电弹性体薄膜与背腔组合而成,目的是拓宽介电弹性体薄膜低频率段的吸声带宽。针对微穿孔的介电弹性体薄膜吸声结构,从试验角度分析穿孔薄膜初始厚度、穿孔孔径及穿孔间距对结构吸声性能的影响。分析结果可知：通过适当增加薄膜的初始厚度,薄膜的整体吸声性能得到有效提升,最大可将319Hz吸声频带的吸声系数从0.2提升至0.7;减小薄膜的穿孔孔径能够有效拓宽穿孔薄膜的吸声频带,可使吸声系数0.4以上的吸声带宽由304Hz拓宽至432Hz;适当控制穿孔间距能够达到更好的吸声效果。     

Controllable four-wave mixing response in a dual-cavity hybrid optomechanical system

We systematically investigate the four-wave mixing(FWM) spectrum in a dual-cavity hybrid optomechanical system,which is made up of one optical cavity with an ensemble of two-level atoms and another with a mechanical oscillator. In this work, we propose that the hybrid dual-cavity optomechanical system can be employed as a highly sensitive mass sensor due to the fact that the FWM spectrum generated in this system has a narrow spectral width and the intensity of the FWM can be easily tuned by controlling the coupling strength(cavity–cavity, atom–cavity). More fascinatingly, the dual-cavity hybrid optomechanical system can also be used as an all-optical switch in view of the easy on/off control of FWM signals by adjusting the atom-pump detuning to be positive or negative. The proposed schemes have great potential applications in quantum information processing and highly sensitive detection.     

Widely tunable single-frequency pulsed optical parametric oscillator

The spectral output of a nanosecond dual-cavity doubly resonant optical parametric oscillator has been investigated versus the relative length of the signal and idler cavities. Regions of stable single-frequency operation are determined by use of a type II phase-matched KTP crystal and compared with the predictions of a mode-overlap model. A wide mode-hop-free tuning range is obtained over 40 GHz, limited only by piezoelectric biases. Furthermore, discrete tuning is investigated over the full parametric gain curve. For demonstration purposes, experiments are performed in the domain that is most inclined to multifrequency emission, i.e., near degeneracy.     

用PIV技术测量跨音压气机转子内流的激波结构

在跨音压气机试验台上进行了用ＰＩＶ技术测量内流激波结构的试验研究。乙二醇微小液滴成功地被用作示踪粒子；自行设计制造的激光潜望镜成功地将双脉冲激光器发出的激光束导入机匣。用数字ＰＩＶ技术测量到的跨音压气机叶片流道内的二维瞬态绝对速度场分布被转化为相对速度分布，发现的激波结构测量结果与静压分布测量结果进行了比较，得到了比较满意的符合。本文讨论了目前试验装置和测量系统所存在的问题，提出了进一步工作的要求．     

双腔双波长交叉锁模钛宝石飞秒激光器的研究

本文建立了一台双光束泵浦的双腔双波长交叉锁模Ti:Sapphire激光器,实现了中心波长为755nm和845nm的双波长同步锁模输出,得到了脉宽分别为28fs和34fs的锁模脉冲.     

高声压级时多孔金属板的吸声特性研究

针对高声压级下有限厚度多孔金属板在线性阻抗背衬条件下(背衬表面声压与声质点速度为线性关系)的吸声问题,提出了一个描述不同声压级下材料层法向吸声性能的一维模型,并给出求解材料层内部声质点速度的线化与差分方法,以预测多孔金属板在高声压级下的非线性吸声特性。在阻抗管中对两块多孔金属板进行了声学测试,得到了材料层法向表面阻抗和吸声系数随入射声压级变化的实验结果。研究表明:实验与理论预测符合良好,验证了模型与数值方法的正确性。本文所提原理和方法,可用于一般硬质多孔材料。      

Long-term frequency stability and linewidth properties of continuous-wave pump-resonant optical parametric oscillators

We present a frequency stability and linewidth analysis of two different setups of continuous-wave pump and signal-resonant optical parametric oscillators (pump resonant, singly resonant OPO, PR-SRO). Both designs, a common-cavity and a dual-cavity version, utilize a frequency-stable and narrow-linewidth pump laser and are stabilized without using an external reference. A long-term frequency stability better than ±30 MHz is reached over more than 30 minutes for both designs. The frequency jitter on a one-second time-scale is 56 kHz for the common-cavity PR-SRO and about 10 MHz for the dual-cavity PR-SRO. The short-term linewidths were measured using an external high-finesse cavity and are (9±2)kHz and (6±1)kHz in 20 s, respectively. To our knowledge, these are the lowest values demonstrated so far for a widely continuously wavelength-tunable all-solid-state laser source. PACS 42.65.Yj; 42.72.Ai; 42.62.Fi     

阻尼耦合双层微穿孔板吸声体研究

提出并研究一种利用两板间微缝进行阻尼耦合的双层微穿孔板(DMPP)吸声体。该吸声体在两层微穿孔板(MPP)之间形成一个宽度小于1mm的微缝,因此其阻尼不仅可由板上的微穿孔提供,还可由两板之间形成的微缝提供。采用声电类比法建立了DMPP转移阻抗的理论模型,并进行实验验证,结果表明理论计算结果与实验吻合较好。然后利用建立的理论模型,对单层MPP和DMPP吸声体的吸声性能进行了对比研究,结果表明,相比于单层MPP,DMPP可以利用微缝提供的阻尼显著改善吸声性能,同时减少实际板厚。最后,对DMPP吸声体的吸声性能及其几何参数的关系进行研究,结果表明,当保持其它结构参数不变时,微缝宽度对DMPP吸声系数的提高存在一个最优值,超过或低于此值会导致吸声系数下降。     

The influence of the thickness of non-piezoelectric pieces on pre-stressed piezotransducers

The mechanical pre-stress applied in piezotransducers used to generate high power ultrasound is needed to avoid ceramics fracture on traction cycle. Pre-stress levels inferior to 50 MPa can yield resonance shifting due to effectiveness of acoustic coupling between transducer pieces. Symmetrical transducers with different thickness of passive parts were submitted to axial mechanical pre-stress up to 50 MPa and their resonances were measured. The experimental results show the increasing of the resonances frequencies with the level of applied pre-stress. Similar effect is verified in simulations by using a model based on Mason's equivalent electric circuit. Due to the similarity of these effects, a relation between applied pre-stress and pieces coupling was proposed for the transducer assembled. In addition, the dependence of the thickness of non-piezoelectric pieces on the coupling effectiveness between them is discussed. The results show that transducers with small thickness present more expressive shifting resonance ratio.     

一种性能稳定的新型频率选择表面及其微带天线应用

设计了一种基于分形树结构的高性能频率选择表面(frequency selective surface,FSS),并将其作为微带天线的空间滤波器,同时改善天线的辐射与散射性能.该FSS单元是由两层金属及其中间介质组成,上、下层金属采用金属柱连结,整体构成树枝状分形结构.通过优化参数,得到了一种宽带、极化无关、宽入射角、小型化的超薄FSS,厚度只有约0.017λ.将该FSS应用于微带天线后,天线的相对带宽拓展到40%,工作频段内的增益得到改善,9.6 GHz时,天线的增益提高了6.7 dB,同时,天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)也得到了明显减缩,最大减缩为12.7 dB.实验结果与仿真结果符合得较好,证实了该空间滤波器具有提高宽带天线增益、增强天线定向性、改善天线带宽与降低天线带内RCS的效果,可以应用于宽带天线带内辐射与散射性能的同时改善.     

基于波长选择的纸页厚度太赫兹时域光谱检测新方法

光谱数据的波长选择是太赫兹光谱定量分析的关键。以纸页厚度检测为例,提出了一种基于波长选择的纸页厚度太赫兹相位谱检测新方法。首先采用离散离子群算法进行太赫兹相位信号优选,并应用偏最小二乘法建立纸页厚度定量模型,以模型的预测均方根误差作为太赫兹相位信号优选的评价标准,选择出预测效果最优的太赫兹相位信号,进行纸页厚度预测。最后将本文方法的预测结果与采用全谱和单频相位信号的预测结果进行比较,结果表明,提出的方法预测结果最好。